一、柴玉集团

1.1公司背景　

  广西玉柴机器股份有限公司（股票代码NYSE：CYD）是广西玉柴机器集团的核心子公司。公司于1992年完成股份制改造，1993年改制为中外合资企业，1994年在美国纽约主板上市，是国内行业首家在境外上市的企业。公司拥有总资产160多亿元，员工9000多人，发动机年生产能力达70万台。公司总部位于广西玉林市，下辖8家子公司，生产基地布局福建、江苏、安徽、山东、内蒙古等地。
  公司建立了以市场为导向，以质量为中心，以精益制造为基础，产品和市场高度结合，快速应对细分市场需求、注重过程、高度协调的玉柴特色精益经营管理体系（YCOS），全面提升了公司的商品力、制造力、营销力、体系力等综合竞争力，为推动公司的创新发展打下了坚实基础。
  公司研发实力雄厚，建立了南宁、玉林两个国内科研基地，拥有处于国内领先水平的工程研究院、国家级企业技术中心、国家认可实验室、国家工程实验室、博士后工作站，并与国内外30多家院校及发动机科研机构合作，共同建立了10多个产品技术研究开发中心。依托强大的研发平台，公司先后承担了10项国家“863”高科技前沿研究课题，主持并参与了38项国家、行业标准的制修订工作，拥有产品及技术专利1600多项；成功研制出我国第一台轿车用柴油机、第一台城市客车混合动力（ISG）、世界第一台可再生空气混合动力。2012年和2013年，公司主持和参与的发动机关键技术项目连续两年获得国家科技进步奖二等奖。

1.2公司主要业务

  公司产品包括10大平台27大系列的微、轻、中、大型柴油发动机和气体发动机，功率覆盖60～2000KW，是国内产品品种最丰富、型谱最完整的发动机生产企业。公司产品以大功率、大扭矩、高可靠、低油耗、低排放、低噪声、适配性强的特点，广泛应用于卡车、客车、乘用车、专用车、农用车、发电机组、轮船等领域，是国内众多整车品牌的首选配套动力。

二、活塞发动机爆震

  汽油机爆震燃烧的定义（简称：爆震）是指在压缩行程终了时，火花塞点火之后，在火焰前锋面从火花塞处向活塞顶部推进时，当火焰还未燃至末端混合气之前，因受到缸内热辐射和压缩作用的影响，使得末端混合气温度、压力升高而导致自行燃烧的现象。在现代汽车设计中，常会受到排放等相关法规的制约，企业为了降低油耗，提高汽车动力性，通常会采用增大压缩比的方法，但压缩比的增大又会使得汽车爆震加剧。发动机长时间爆震，容易造成活塞烧结、活塞环断裂等故障，加速发动机部件的损坏。

2.1发动机爆震的产生与危害

2.1.1爆震产生机理

  发动机爆震主要发生在使用火花塞点燃的发动机中，主要为四冲程发动机。图 1 为汽油发动机工作循环图。在进气行程，伴随着曲轴旋转带动活塞下移，凸轮轴推动摇臂摆转，进而向下推开进气门。使得气缸内部容积变大，缸内压力、温度减小。汽油与空气形成的均质混合气在真空吸力的作用下进入气缸。在压缩行程结束时，火花塞点燃均质混合气使其燃烧放热，并推动活塞做功，实现热工转换。正常燃烧时，火焰是从火花塞头部依次点燃混合气直至末端混合气燃尽。一般火焰燃烧可以分为三个阶段：滞燃期、急燃期、后燃期。在滞燃期时，火花塞跳火形成火焰核心，但由于燃烧不剧烈缸内压力基本保持不变；在随之而来的急燃期中，火焰快速传播至烧遍整个燃烧室，缸内压力也急剧升高；在后燃期，燃料燃烧殆尽，而气缸壁和缝隙处的少量未燃气体分解，继续燃烧。

  爆震便出现在以上所述的急燃期中，在火焰极速传播的过程中，末端混合气受火焰前封面的影响而自燃，形成新的火焰核心。局部火焰压力过高，与附近气压极不平衡，使得火焰前锋面以超音速传播开来，急剧而又猛烈的完成燃烧，这便是爆震产生的根源。爆震产生后，缸内燃烧速度极快，甚至可达 1000m/s 以上，比正常火焰传播速度高几十倍，造成巨大的温度和压力梯度，形成缸内压力冲击波，如图 2 所示。

2.1.2爆震造成的危害

  轻微爆震时，可燃混合气末端气体自行燃烧的部分较少， 燃烧速度快，发动机功率提升。但当发生剧烈爆震时，会对车辆产生巨大的危害。
  ①敲缸现象严重，发动机磨损加剧。剧烈的冲击波不断撞击气缸壁面，传出高频、清脆的金属敲击声。冲击波的撞击会加剧气缸、活塞、主轴承等零部件的磨损，同时破坏气体附面层，机件直接与高温燃气接触，使得气门等部件烧蚀， 严重影响发动机寿命。
  ②发动机性能指标下降。当发生爆震时部分燃料的化学能并未转化为推动活塞运动的有用功，而是消耗在了压力冲击波与气缸壁、活塞等部件的碰撞中。同时较多的热量传给冷却系，使得原本用以做功的热量再进一步减小，发动机动力性降低，耗油量上升，燃油经济性下降。
  ③发动机燃烧室的积碳增加，汽车排气管冒黑烟，补燃增加，排出气体的温度升高。因爆震而急剧上升的缸内温度，使得燃烧产物发生了热分解，生成了游离态的碳。部分游离碳附着在进排气门和活塞上形成积碳，还有部分与废气一同排出，使得排气冒黑烟。

2.1.3小结

  综上所述，发动机产生爆震的原因在于燃烧室内的燃气混合物自燃同时缸内的压力来不及释放这两方面所导致的，产生爆震伴随着高频清脆的金属敲击声的现象，并且导致发动机性能下降以及降低发动机寿命，甚至造成发动机不可逆的损害。

2.2影响爆震的主要因素与趋势

  汽油发动机爆震的影响因素主要分为：点火提前角、压缩比、冷却水温度、空燃比、燃料、燃烧室状况。

2.2.1点火提前角

  点火提前角的角度是指曲轴转角是相对于活塞上止点来说的。从点火到活塞到上止点曲轴转过的角度称为点火提前角。发动机的正常运转需要高压电或脉来点燃混合气，由于需要在活塞运行到上止点时气缸内的可燃气燃烧完，并使气缸中的气体加热膨胀到最大体积需要一定的时间，因此，必须在活塞到达上止点之前一定的角度就开始点火。而过于提早的点火会使得活塞还在压缩冲程时，大部分油气已经燃烧，此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃，而造成爆震。点火时间过于提前，是发动机产生爆震最主要的原因。各种型号的发动机都有其最佳的点火特性，应选择最佳的点火提前角，使发动机发挥其最大功率而达到降低油耗目的。一般来说点火提前角对爆震的影响最直接，点火提前角增大，爆震趋势增强，大于爆震边界后就会发生爆震；点火提前角减小，爆震趋势减弱。

2.2.2发动机压缩比

  汽油发动机的压缩比越高，被压缩混合气温度越高，汽油分子吸收了足够的热量之后，在达到它的燃点时便会自行燃烧起来。

2.2.3冷却水温度

  发动机的冷却液温度过高，进入气缸燃烧室的混合气吸收过度的热量，可能会引起自燃、预燃，而引起爆震的发生。

2.2.4空燃比

  过稀的燃料空气混合气。这种混合气的燃烧温度要比正常情况下的燃烧温度高，易导致发动机的温度极速升高，导致爆震。

2.2.5燃料抗爆性

  辛烷值是燃油抗爆震的指标，辛烷值越高，抗爆震性越强。高压缩比的发动机如果选用低标号汽油，则容易发生爆震。如果使用的汽油辛烷值和抗爆指数实际值比要求值偏低，也容易导致爆震发生。发动机长时间爆震，容易造成活塞烧结、活塞 环断裂等故障，加速发动机部件的损坏。

2.2.6燃烧室状况

1）燃烧室积碳过多
  积碳的形成是由于在发动机工作过程中，燃烧不完全的燃油和机油上窜到燃烧室参与燃烧，在氧气和高温的作用下凝聚在燃烧室壁面、火花塞电极和活 塞顶部等处形成的胶质和碳质相结合的混合物。燃烧室的积碳过多，会使燃烧室容积减小，增加压缩比，易产生爆震。又会使积碳表面温度较高形成热点，容易在火焰传播到达之前点燃混合气引起表面点火，增加爆震倾向。因此，适当清除燃烧室、活塞顶部、气门头部等处积碳可减少爆震的产生。
2）气缸直径(有待考察来源“汽油机爆震燃烧的成因及预防策略分析”)
  气缸直径与火焰传播距离密切相关，气缸直径越大，火焰传播距离越长，爆震倾向加剧。(有待考察来源“汽油机爆震燃烧的成因及预防策略分析”)